特開 2022-60712 半導体製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022060712

(43)【公開日】2022-04-15

(54)【発明の名称】半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/68 20060101AFI20220408BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20220408BHJP

   B05C 11/08 20060101ALI20220408BHJP

   B65G 49/07 20060101ALI20220408BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 F

H01L21/68 P

B05C11/08

B65G49/07 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020168342

(22)【出願日】2020-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徳永 淳二

【テーマコード（参考）】

4F042

5F131

【Ｆターム（参考）】

4F042AA07

4F042AB00

4F042BA08

4F042CA01

4F042DF09

4F042DF29

4F042DF32

4F042DH09

4F042EB09

4F042EB17

4F042EB21

5F131AA02

5F131BA12

5F131BB03

5F131CA06

5F131CA18

5F131DA22

5F131DA32

5F131DA33

5F131DA35

5F131DA42

5F131DB01

5F131DB02

5F131DD43

5F131EA06

5F131EB02

5F131KA12

5F131KA42

5F131KB55

(57)【要約】

【課題】塗布液の塗布幅の均一性を高めることを可能にした半導体製造装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体製造装置は、半導体ウェハＷを保管する基板保管ユニットと、半導体ウェハＷを保持しつつ回転させる回転保持部２２、半導体ウェハＷ上に塗布液を供給する塗布液供給部２３を備える基板処理ユニットと、半導体ウェハＷを取り出して回転保持部２２に受け渡す搬送アーム３２１、搬送アーム３２１を移動させる移動機構とを備える基板搬送ユニットと、搬送アーム３２１の位置を検出する位置検出ユニット４０とを具備する。移動機構は、位置検出ユニット４０による搬送アーム３２１の位置検出結果に基づいて、搬送アーム３２１の位置を補正しつつ、搬送アーム３２１を回転保持部２２上に移動させる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェハを保管する保管容器を備える基板保管ユニットと、
前記半導体ウェハを保持しつつ回転させる回転保持部と、前記回転保持部に保持された前記半導体ウェハ上に塗布液を供給する塗布液供給部とを備える基板処理ユニットと、
前記保管容器から前記半導体ウェハを取り出し、取り出した前記半導体ウェハを前記回転保持部に受け渡す搬送アームと、前記カセットからの前記半導体ウェハの受け渡し位置から前記回転保持部への前記半導体ウェハの受け渡し位置まで前記搬送アームを移動させる移動機構とを備える基板搬送ユニットと、
前記回転保持部の近傍に配置され、前記半導体ウェハを保持する前記搬送アームの位置を検出する位置検出ユニットとを具備し、
前記移動機構は、前記位置検出ユニットによる前記搬送アームの位置検出結果に基づいて前記搬送アームの位置を補正しつつ、前記搬送アームを前記回転保持部への前記半導体ウェハの受け渡し位置まで移動させるように構成されている、半導体製造装置。

【請求項2】

前記位置検出ユニットは、前記搬送アームに設けられた少なくとも１つの開口と、前記開口に光を照射する発光部と、前記開口を通過した前記光を受光する受光部とを備える、請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記位置検出ユニットは、２つの前記開口を備える、請求項２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記移動機構は、前記搬送アームの位置検出結果に基づいて、前記搬送アームの中心が前記回転保持部の中心と一致するように、前記搬送アームを補正しつつ移動させるように構成されている、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記位置検出ユニットは、さらにカセットから取り出された前記半導体ウェハの中心位置を測定する基板測定機構を有し、
前記半導体ウェハは、前記基板測定機構により測定された前記半導体ウェハの中心位置が前記搬送アームの中心と一致するように、前記搬送アームに移載される、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ上にレジスト液等の塗布液を塗布する工程が行われている。塗布液を塗布する装置は、例えば半導体ウェハを保管するウェハキャリア（ＦＯＵＰ：Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｙ Ｐｏｄ）と、半導体ウェハを回転保持するスピンチャック及び半導体ウェハ上に塗布する塗布液を吐出するノズルを有する塗布ユニットと、ウェハキャリアから取り出した半導体ウェハを塗布ユニットに搬送する搬送アームを有する搬送機構とを備えている。塗布装置を用いて、半導体ウェハの外周部のみに塗布液を塗布する工程がある。このような塗布工程において半導体ウェハの外周部に塗布した塗布膜の塗布幅が不均一になることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－０４１５１３号公報

【特許文献2】特開２０１９－０２４１２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、塗布液の塗布幅の均一性を高めることを可能にした半導体製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の半導体製造装置は、半導体ウェハを保管する保管容器を備える基板保管ユニットと、前記半導体ウェハを保持しつつ回転させる回転保持部と、前記回転保持部に保持された前記半導体ウェハ上に塗布液を供給する塗布液供給部とを備える基板処理ユニットと、前記保管容器から前記半導体ウェハを取り出し、取り出した前記半導体ウェハを前記回転保持部に受け渡す搬送アームと、前記保管容器からの前記半導体ウェハの受け渡し位置から前記回転保持部への前記半導体ウェハの受け渡し位置まで前記搬送アームを移動させる移動機構とを備える基板搬送ユニットと、前記回転保持部の近傍に配置され、前記半導体ウェハを保持する前記搬送アームの位置を検出する位置検出ユニットとを具備する。実施形態の半導体製造装置において、前記移動機構は、前記位置検出ユニットによる前記搬送アームの位置検出結果に基づいて、前記搬送アームの位置を補正しつつ、前記搬送アームを前記回転保持部への前記半導体ウェハの受け渡し位置に移動させるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１の実施形態の塗布装置の概略構成を示す平面図である。

【図2】図１に示す塗布装置の基板処理ユニットを示す図である。

【図3】図１に示す塗布装置の搬送アームと基板処理ユニットを示す平面図である。

【図4】図１に示す塗布装置の搬送アームと基板処理ユニットを示す図である。

【図5】図３に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第１工程を示す平面図である。

【図6】図４に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第１工程を示す図である。

【図7】図３に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第２工程を示す平面図である。

【図8】図４に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第２工程を示す図である。

【図9】図８に示す搬送アームの位置検出工程後の搬送アームと基板処理ユニットとの関係を示す図である。

【図10】第２の実施形態の塗布装置の搬送アームと基板処理ユニットを示す図である。

【図11】図１０に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第１工程を示す図である。

【図12】図１０に示す搬送アームと基板処理ユニットによる搬送アームの位置検出の第２工程を示す図である。

【図13】図１２に示す搬送アームの位置検出工程後の搬送アームと基板処理ユニットとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の半導体製造装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

【0008】

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の半導体製造装置を適用した塗布装置１の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す塗布装置１の基板処理ユニット及び位置検出ユニットを示す図である。図１及び図２に示す塗布装置１は、基板保管ユニット１０と、基板処理ユニット２０、基板搬送ユニット３０と、位置検出ユニット４０と、塗布装置１の動作を制御する制御部５０とを具備する。

【0009】

基板保管ユニット１０は、複数の半導体ウェハＷが格納及び保管された密閉型カセット（ＦＯＵＰ）１１等の保管容器を備えている。基板保管ユニット１０は、複数の密閉型カセット１１を備えており、それぞれの密閉型カセット１１から取り出された半導体ウェハＷが順に基板処理ユニット２０に送られ、基板処理ユニット２０で塗布液の塗布処理が行われる。図１において、密閉型カセット１１の配列方向をｘ方向、ｘ方向と平面内で交差する方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向と交差する方向（紙面垂直方向）をｚ方向とする。

【0010】

基板処理ユニット２０は、例えばｙ方向に配列された複数の基板処理モジュール２１を備えている。基板処理モジュール２１は、図２に示すように、半導体ウェハＷを保持しつつ回転させる回転保持部２２と、回転保持部２２に保持された半導体ウェハＷ上に塗布液を供給する塗布液供給部２３とを備えている。回転保持部２２は、半導体ウェハＷを例えば吸引保持するスピンチャック２４と、スピンチャック２４に接続された回転軸２５と、回転軸２５に回転駆動力を伝達するモータ等の回転駆動部２６とを有している。スピンチャック２４及び回転軸２５の内部には、後に詳述するように、位置検出ユニット４０の発光部４１から出射された光が通過するように、光透過孔２７が設けられている。

【0011】

塗布液供給部２３は、回転保持部２２に保持された半導体ウェハＷ上に塗布液を吐出するノズル２８と、ノズル２８に塗布液を供給する塗布液供給タンク２９とを有している。塗布液の塗布膜を半導体ウェハＷの外周部のみに形成する場合、ノズル２８は半導体ウェハＷの外周部に塗布液が供給されるように設置位置が調整される。塗布液としては、例えばレジスト液が挙げられる。ただし、実施形態の塗布装置１は、レジスト液の塗布に用いられる装置に限られるものではなく、保護膜の形成液等を塗布する装置であってもよい。さらに、実施形態の塗布装置１は、塗布膜を半導体ウェハＷの外周部のみに形成する場合に有効に用いられるが、これに限定されるものではない。

【0012】

基板搬送ユニット３０は、第１の基板搬送モジュール３１と第２の基板搬送モジュール３２とを備えている。第１の基板搬送モジュール３１は、密閉型カセット１１から半導体ウェハＷを取り出す第１の搬送アーム３１１と、第１の搬送アーム３１１をｙ方向に移動させる機構３１２、及び第１の搬送アーム３１１をｘ方向に移動させる機構３１３を有する移動機構３１４とを備えている。図示を省略したが、密閉型カセット１１に多段に格納された半導体ウェハＷを取り出すために、移動機構３１４は第１の搬送アーム３１１をｚ方向に移動させる機構を有していてもよい。

【0013】

密閉型カセット１１から第１の搬送アーム３１１で半導体ウェハＷを取り出すにあたって、図示を省略した基板測定機構により密閉型カセット１１から取り出された半導体ウェハＷの中心位置が測定され、測定結果に基づいて半導体ウェハＷの中心位置が第１の搬送アーム３１１の中心と一致するように、第１の搬送アーム３１１上に半導体ウェハＷが移載される。第１の基板搬送モジュール３１は、半導体ウェハＷを第２の基板搬送モジュール３２に受け渡す基板テーブル等を有していてもよい。第１の搬送アーム３１１は、密閉型カセット１１からの半導体ウェハＷの受け渡し位置から第２の基板搬送モジュール３２への半導体ウェハＷの受け渡し位置まで移動する。

【0014】

第２の基板搬送モジュール３２は、第１の基板搬送モジュール３１から受け取った半導体ウェハＷを基板処理モジュール２１のスピンチャック２４に受け渡す第２の搬送アーム３２１と、第２の搬送アーム３２１をｘ方向に移動させる機構３２２、及び第２の搬送アーム３２１をｙ方向に移動させる機構３２３を有する移動機構３２４とを備えている。移動機構３２４は第２の搬送アーム３２１をｚ方向に移動させる機構を有していてもよい。第２の搬送アーム３２１は、第１の基板搬送モジュール３１からの半導体ウェハＷの受け渡し位置からスピンチャック２４への半導体ウェハＷの受け渡し位置まで移動する。

【0015】

半導体ウェハＷをスピンチャック２４に受け渡すにあたって、第２の搬送アーム３２１の位置は位置検出ユニット４０により検出される。第１の実施形態の塗布装置１においては、位置検出ユニット４０は基板処理モジュール２１のスピンチャック２４周辺に設けられている。位置検出ユニット４０は、回転保持部２２の近傍に配置され、半導体ウェハＷを保持する第２の搬送アーム３２１の位置を検出するように構成されている。

【0016】

位置検出ユニット４０は、具体的には図３及び図４に示すように、前述したスピンチャック２４及び回転軸２５の内部に設けられた光透過孔２７と、第２の搬送アーム３２１に設けられた第１及び第２開口３２５Ａ、３２５Ｂと、光透過孔２７を介して第１及び第２開口３２５Ａ、３２５Ｂに順に光を照射する発光部４１と、第１及び第２開口３２５Ａ、３２５Ｂを通過した光を受光する受光部４２とを備えている。第２の搬送アーム３２１には、少なくとも１つの開口が設けられていればよい。ここでは、第２の搬送アーム３２１に２つの開口３２５Ａ、３２５Ｂを設けている。受光部４２は、便宜的に基板処理モジュール２１の天板２１ａに設けている。

【0017】

前述したように、密閉型カセット１１から第１の搬送アーム３１１で半導体ウェハＷを取り出すにあたって、基板測定機構により密閉型カセット１１から取り出された半導体ウェハＷの中心位置が測定され、測定結果に基づいて半導体ウェハＷの中心位置が第１の搬送アーム３１１の中心と一致するように半導体ウェハＷが移載される。さらに、第１の搬送アーム３１１から第２の搬送アーム３２１に移載される際においても、半導体ウェハＷの中心位置が第２の搬送アーム３２１の中心と一致するように半導体ウェハＷが移載される。従って、第１の搬送アーム３１１及び第２の搬送アーム３２１の移動機構等に誤差がなければ、半導体ウェハＷはスピンチャック２４の中心位置に移載されることになる。

【0018】

しかしながら、第１の搬送アーム３１１及び第２の搬送アーム３２１の移動ベルトのような移動機構に摩耗等が生じていると、第２の搬送アーム３２１とスピンチャック２４との間に位置ずれが生じ、第２の搬送アーム３２１をその中心位置がスピンチャック２４の中心位置と一致するように移動させたとしても、第２の搬送アーム３２１の移動誤差により半導体ウェハＷをスピンチャック２４の中心位置に移載することができない場合がある。さらに、半導体ウェハＷの全面に塗布膜を形成する場合には、半導体ウェハＷが多少偏心してスピンチャック２４に保持されていたとしても、塗布膜をおおよそ均一に形成することができる。しかしながら、塗布膜を半導体ウェハＷの外周部のみに形成する場合、半導体ウェハＷの載置位置がスピンチャック２４に対して偏心していると、塗布幅が均一な塗布膜を得ることができなる。

【0019】

そこで、実施形態の塗布装置１においては、半導体ウェハＷをスピンチャック２４に移載する直前に、半導体ウェハＷを保持する第２の搬送アーム３２１の位置を、位置検出ユニット４０により検出している。第２の搬送アーム３２１の位置に誤差が生じており、第２の搬送アーム３２１が正規の位置からずれている場合には、位置検出ユニット４０による検出結果に基づいて、第２の搬送アーム３２１を補正しつつ移動させる。第２の搬送アーム３２１の移動補正は、例えば第２の基板搬送モジュール３２の移動機構３２４の制御を含む装置全体の制御部５０により実施される。

【0020】

このように、半導体ウェハＷをスピンチャック２４に移載する直前に、第２の搬送アーム３２１の位置を検出し、検出結果に基づいて第２の搬送アーム３２１の移動を補正することによって、第１の搬送アーム３１１や第２の搬送アーム３２１の移動ベルトのような移動機構に摩耗等が生じていたとしても、半導体ウェハＷをスピンチャック２４の中心位置に移載することができる。半導体ウェハＷの外周部のみに塗布膜を形成する場合においても、塗布幅が均一な塗布膜を得ることができなる。

【0021】

上記した第２の搬送アーム３２１の位置を位置検出ユニット４０により検出する工程について、図５ないし図８を参照して説明する。第１の実施形態の塗布装置１では、位置検出ユニット４０の発光部４１及び受光部４２をスピンチャック２４の直下及び直上に配置している。このため、図５及び図６に示すように、第２の搬送アーム３２１はスピンチャック２４の直上の位置を通り過ぎ、第１開口３２５Ａがスピンチャック２４の中心位置の直上に到達するように移動される。この第１位置において、発光部４１から光を出射し、第１開口３２５Ａを通過した光を受光部４２で受光することによって、第１開口３２５Ａを通過した光の光量を測定する（第１工程）。

【0022】

次に、第２の搬送アーム３２１は、図７及び図８に示すように、第２開口３２５Ｂがスピンチャック２４の中心位置の直上に到達するように移動される。この第２位置において、発光部４１から光を出射し、第２開口３２５Ｂを通過した光を受光部４２で受光することによって、第２開口３２５Ｂを通過した光の光量を測定する（第２工程）。第１位置と第２位置の２点の光量から第２の搬送アーム３２１の位置を求める。予め設定された２点間の光量に基づく第２の搬送アーム３２１の位置と比較することによって、第２の搬送アーム３２１の位置ずれを検出する。

【0023】

第２の搬送アーム３２１は、スピンチャック２４の直上の位置を一旦通り過ぎているため、図９に示すように、第２の搬送アーム３２１の中心位置がスピンチャック２４の中心位置と一致するように、第２の搬送アーム３２１を後退させる。この際、第２の搬送アーム３２１に位置ずれが生じていた場合には、第２の搬送アーム３２１の移動を補正しつつ、第２の搬送アーム３２１の中心位置がスピンチャック２４の中心位置と一致するように、第２の搬送アーム３２１を移動させる。これによって、半導体ウェハＷをスピンチャック２４の中心位置に移載することができる。なお、図９において矢印Ｔは第２の搬送アーム３２１の移動方向を示している。

【0024】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の塗布装置１の基板処理ユニット２０及び位置検出ユニット４０を、図１０に示す。第２の実施形態の塗布装置１は、位置検出ユニット４０の発光部４１及び受光部４２の配置位置が第１の実施形態と異なることを除いて、第１の実施形態の塗布装置１と同様な構成を備えている。発光部４１及び受光部４２の配置位置が異なるものの、第２の搬送アーム３２１の第１及び第２開口３２５Ａ、３２５Ｂは、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態における発光部４１及び受光部４２は、第２の搬送アーム３２１の移動経路において、スピンチャック２４より前方に配置されている。

【0025】

従って、第２の搬送アーム３２１の位置を位置検出ユニット４０により検出する工程は、図１１及び図１２に示すように、以下のようにして実施される。なお、図１０において矢印Ｔは第２の搬送アーム３２１の移動方向を示している。まず、図１１に示すように、第２の搬送アーム３２１はスピンチャック２４上に到達する前に、第１開口３２５Ａが発光部４１の直上に到達するように移動される。この第１位置において、発光部４１から光を出射し、第１開口３２５Ａを通過した光を受光部４２で受光することによって、第１開口３２５Ａを通過した光の光量を測定する（第１工程）。

【0026】

次に、第２の搬送アーム３２１は、図１２に示すように、第２開口３２５Ｂが発光部４１の直上に到達するように移動される。この第２位置において、発光部４１から光を出射し、第２開口３２５Ｂを通過した光を受光部４２で受光することによって、第２開口３２５Ｂを通過した光の光量を測定する（第２工程）。第１位置と第２位置の２点の光量から第２の搬送アーム３２１の位置を求める。予め設定された２点間の光量に基づく第２の搬送アーム３２１の位置と比較することによって、第２の搬送アーム３２１の位置ずれを検出する。

【0027】

第２の搬送アーム３２１は、スピンチャック２４の前方（移動経路の前方）で位置検出が行われているため、図１３に示すように、第２の搬送アーム３２１の中心位置がスピンチャック２４の中心位置と一致するように、第２の搬送アーム３２１を前進させる。この際、第２の搬送アーム３２１に位置ずれが生じていた場合には、第２の搬送アーム３２１の移動を補正しつつ、第２の搬送アーム３２１の中心位置がスピンチャック２４の中心位置と一致するように、第２の搬送アーム３２１を移動させる。これによって、半導体ウェハＷをスピンチャック２４の中心位置に移載することができる。

【0028】

なお、上述した各実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。ここでは、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図するものではない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0029】

１…塗布装置（半導体製造装置）、１０…基板保管ユニット、１１…密閉型カセット、
２０…基板処理ユニット、２１…基板処理モジュール、２２…回転保持部、２３…塗布液供給部、２４…スピンチャック、２７…光透過孔、２８…ノズル、３０…基板搬送ユニット、３１…第１の基板搬送モジュール、３２…第２の基板搬送モジュール、３１１…第１の搬送アーム、３１４…移動機構、３２１…第２の搬送アーム、３２４…移動機構、３２５Ａ…第１開口、３２５Ｂ…第２開口、４０…位置検出ユニット、４１…発光部、４２…受光部、５０…制御部、Ｗ…半導体ウェハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】